Ciências do Ambiente

Aula 20 – O Meio Terrestre I: tipos de solos,

características e contaminação do solo

2º Semestre/ 2015

Ciências do Ambiente

Universidade Federal do Paraná

Engenharia Civil

O Meio terrestre

Problemas ambientais no solo

Mecanismos de transporte

Processo de formação dos solos:

Intemperismo: ações físicas, químicas e biológicas

Ações físicas:

Erosão pela água e vento Variações bruscas de temperatura Congelamento da água em fissuras

Ações químicas:

ácida, rochas calcárias) “Ataque” pela água proporcionando reações Reações de diferentes compostos

Ações biológicas:

Ação combinada de 5 fatores:

Processo de formação:

Características gerais do solos

Qual a importância ambiental com relação ao

processo de formação dos solos?

Processo de formação do solo

• Ciclo hidrológico e regime dos cursos d’água em uma região → solos mais ou menos permeáveis → capacidade de

infiltração

• Natureza agrícola → manejo do solo → maior ou menor potencial de ocorrência de erosão & uso de produtos químicos

• Potencial para exploração de minérios

• Capacidade de suportar cargas ou de transformar-se em material de construção

Características gerais do solos

• Solo desempenha funções diversificadas e

fundamentais:

– Elemento de fixação e nutrição da vida vegetal – Substrato essencial para produção de alimentos e

matérias-primas

– Fundação e suporte para edificações, estradas e obras de engenharia

– Recurso mineral, utilizado no setor da construção civil e na manufatura de diversos produtos

Características ecologicamente importantes

do solos

Cor

Granulometria

Estrutura

Consistência

Espessura dos horizontes

Grau de acidez

Composição

Transporte de poluentes em solos

Importante e necessário para:

• Aperfeiçoamento do projeto de disposição de

resíduos

• Diagnóstico da contaminação

• Projeto de remediação de áreas contaminadas

Transporte de poluentes em solos

Qualidade da água no solo – fator limitante para o

aproveitamento dos recursos hídricos

• Águas superficiais: menos protegidas contra a poluição

• Águas subterrâneas: quando contaminadas, têm maior

dificuldade em retornar ao seu estado original e a

detecção da deterioração é também mais difícil

Transporte de poluentes em solos

Principal forma de contaminação de águas

subterrâneas – contaminação do solo

• Contaminação direta via aplicação de fertilizantes,

pesticidas, lodo de estação de tratamento de

esgoto, esterco, etc.

• Contaminação indireta por aerossóis de automóveis

e indústrias, combustão do carvão, por disposição

de resíduos e por incineração de lixo

Transporte de poluentes em solos

• Contaminação do solo – processo lento e

geralmente sem consequência imediata, mas

com sérios efeitos a longo prazo

• Movimento dos contaminantes no solo é

lento – tempo necessário para a

contaminação da água subterrânea pode

variar de alguns anos a séculos

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Conceitos importantes:

– Soluto: massa de poluente

– Solvente: água

– Meio poroso: solo (movimento ocorre nos interstícios

do solo)

O transporte de solutos na água do subsolo é

estudado como transporte de massa em meios

porosos, tanto na zona saturada como na insaturada

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

Principais mecanismos envolvidos no

transporte de um soluto em meio poroso:

• Advecção

• Dispersão mecânica

• Difusão

• Reações químicas entre o soluto e os sólidos

• Reações químicas do próprio soluto

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Advecção:

– O soluto é carregado pela água em movimento, mantendo-se

constante a concentração da solução.

– Fluxo químico causado por um gradiente hidráulico: a água dos vazios contendo o soluto escoa sob a ação de um gradiente hidráulico e carrega consigo partículas de

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Dispersão mecânica ou hidráulica:

– Mistura mecânica que ocorre durante a advecção – Causada inteiramente pelo movimento do fluido – Processo de mistura com efeito qualitativo similar à

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Difusão:

– Resulta de variações na concentração de soluto na fase líquida

– Sentido do fluxo: da maior concentração para a menor concentração

– Ocorre mesmo na ausência de

qualquer movimento hidráulico da solução

– Não ocorre difusão quando os

gradientes de concentração deixam de existir

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Dispersão hidrodinâmica:

– Espalhamento ao nível macroscópico resultante

tanto da dispersão mecânica (escala microscópica)

como da difusão (nível microscópico)

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Reações químicas:

– Mudanças de concentração podem ocorrer na fase

líquida ou nas fases sólida e gasosa

– Reações químicas e bioquímicas:

• Adsorção-desorção • Ácido - base • Dissolução – precipitação • Oxidação – redução • Complexação • Degradação • Decaimento radioativo • Síntese microbiana, etc

Mecanismos de transporte de poluentes em solos

• Formulação do

transporte de

poluentes no solo:

– Lei de Fick

• Formação de plumas

- modelagem

matemática

Poluição do Solo

Consiste na deposição, disposição, descarga,

infiltração, acumulação, injeção ou aterramento no

solo de substâncias ou produtos poluentes, em

Poluição do Solo

Processos erosivos do solo

Poluição do solo rural (adubos)

Salinização

Contaminação por resíduos sólidos – rejeitos de

mineração, lodos de ETA e ETE, resíduos da

Processos erosivos do solo

Erosão: processo de desagregação, transporte e

deposição dos solos, sub-solo e rochas em

decomposição, pelas águas, ventos ou geleiras

Processos erosivos do solo

Conceitos:

• Erosão geológica ou natural

• Erosão acelerada

• Erosão bruta

• Taxa de erosão

• Voçoroca

Processos erosivos do solo

Causas:

• Fator humano

• Fator chuva

• Fator solo

• Fator topográfico

• Fator clima

Processos erosivos do solo

Consequências:

• Perda da camada mais superficial do solo (fértil)

onde se desenvolvem os processos biológicos

• Acúmulo de solo transportado pode acarretar o

assoreamento de rios, lagos e reservatórios, podendo

provocar

enchentes

(sedimentação

e

transbordamento de rios)

Poluição do solo rural – Fertilizantes

O excedente incorpora-se no solo, fixando-se à sua

porção sólida ou solubilizando-se e movimentando-se

em conjunto com sua fração líquida

FERTILIZANTES SINTÉTICOS:

mesmo com boas técnicas de aplicação, a eficiência

não é de 100%

Poluição do solo rural – Fertilizantes

Incorporação no solo: pode tornar o solo impróprio para o cultivo (excesso de algum elemento)

Transporte em meio aquoso: problemas de contaminação de águas e de eutrofização (excesso de nutrientes intensifica o

crescimento de algas)

Incorporação no tecido das plantas: excesso de nitratos e outros elementos (não se conhece ainda as possíveis implicações nos

Poluição do solo rural – Defensivos agrícolas

Substâncias tóxicas ou resistentes à decomposição no ambiente (p. ex. DDT, metais pesados, etc)

DEFENSIVOS AGRÍCOLAS:

Poluição do solo rural – Defensivos agrícolas

Mortandade inespecífica – perda da biodiversidade

Redução da natalidade e fecundidade de espécies

Poluição do solo rural – Alternativas

Manipulação genética para controle de pragas

Cultivo orgânico ou com uso menor de adubos e

pesticidas

Salinização

Aumento do teor de sais na camada superficial do solo

Ação antrópica: exploração agrícola feita com auxílio de irrigação

Ocorre mais frequentemente em solos naturalmente

susceptíveis (natureza do material de origem, maior aridez do clima ou condições de relevo do local)

Salinização

Prejuízos: perda de áreas agrícolas

Medidas de controle: manejo adequado

Resíduos sólidos – rejeitos, lodos e resíduos

Rejeitos de mineração

Lodo de estação de tratamento de água (ETA)

Rejeitos de mineração

Mineração – impactos na supressão da

vegetação, exposição do solo aos processos

erosivos, exposição de compostos perigosos

Lodos de estação de tratamento de água (ETA)

Tratamento de água: remoção das impurezas

para tornar a água potável e palatável

Etapas Tratamento Convencional de Água

CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante

Alcalinizante Agente oxidante Polímero

Polímero / Agente oxidante

Agente oxidante

Flúor Alcalinizante

Flotação

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Características do lodo de ETAs

Lodos de ETAs podem variar em função de:

• Qualidade da água bruta

• Técnica utilizada para tratar a água

• De como ocorre o processo de coagulação

• Da quantidade e dos tipos de produtos químicos utilizados durante o tratamento da água

• Dos locais onde foram gerados (decantador, floculador, filtros, etc)

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Características do lodo de ETAs

Composição básica:

• Microrganismos

• Sólidos orgânicos e inorgânicos

• Sólidos do próprio coagulante e de outros produtos químicos utilizados para o tratamento

As características químicas e físicas do lodo estão relacionadas com as características da água do manancial, com os produtos químicos

utilizados e com o modo como a coagulação ocorre.

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Características do lodo de ETAs

Potencial tóxico depende de:

• Teor de metais presentes (Alumínio, cobre, chumbo, níquel, etc)

• Reações sofridas durante o processo • Forma e tempo de retenção

• Características do curso d’água

• Composição e impureza dos coagulantes e outros produtos químicos utilizados

Desidratação do lodo de ETAs

A função de desidratar o lodo de ETAs é importante para:

• Redução dos custos de transporte e disposição final (menor volume)

• Facilidade para o manuseio do lodo desidratado quando comparado com ele ainda com alto teor de umidade

Espessamento

Desidratação

Desidratação do lodo de ETAs

Formas de desidratação do lodo de ETAs:

• Desidratação Natural • Leitos de Secagem • Desidratação Mecânica

• Filtros Prensa de Esteira • Centrífugas

• Filtro Prensa Parafuso • Filtros Prensa de Placas

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Disposição do lodo de ETAs

Disposição – função do teor de sólidos presente:

• Aterros sanitários (teor de sólidos > 30%)

• Disposição controlada em certos tipos de solos

• Co-disposição com biossólidos gerados em estações de tratamento de esgotos

• Incineração dos resíduos

• Lançamento em rede coletora de esgotos

• Aplicações industriais diversas, tais como fabricação de tijolos ou outros materiais de construção